4.3.2. Обмен железа в организме

Гипохромия. Одним из достаточно часто встречающихся изменений со стороны эритрона является гипохромия, которая обусловлена, в первую очередь, нарушением доставки в костный мозг железа. Железодефицитная анемия может быть следствием недостатки железа в пище, нарушением его всасывания в тонком кишечнике, или повышенной потере эритроцитов при хронической кровопотере.

Обмен железа в организме. Железо в организме используется на построение гемоглобина, метгемоглобина, железосодержащих ферментов, а так же накапливается в виде ферритина или гемосидерина. Гемосидерин это нерастворимая форма резервного железа, формируется главным образом тогда, когда железа в организме человека больше, чем может связаться с апоферритином. Из 4-5 гр железа, имеющегося в организме, 20% составляет резервное железо, а остальное функционально активное. В гемоглобин эритроцитов входит 60-70%. Так, для эритропоеза не обходимо от 20-25 мг/сутки железа. Практически все это железо костный мозг получает за счет его повторного использования.

При синтезе гемоглобина молекула трансферрина прочно связывается с рецепторами клеточной мембраны эритробластов, после чего так же путем пиноцитоза поступает внутрь их где освобождающееся железо в митохондриях используется для синтеза гемоглобина. Активация эритропоэза приводит к повышению в крови уровня трансферрина, и скорости усвоения железа из кишечника, однако при этом существует максимум увеличения поглощения железа пищи - в норме не более 5 раз.

В молекулу гема входит двухвалентное железо, которое и обеспечивает соединение ее с кислородом. Поэтому своевременная доставка костному мозгу достаточного количества железа является обязательным условием для нормального синтеза гемоглобина. Железо в плазму крови поступает как из депо (это главным образом печень, куда микроэлемент поступает при разрушении эритроцитов в селезенке), так и из кишечника, где обычно всасывается лишь небольшой процент железа пищи.

Выделение железа происходит путем экскреции его с мочой, желчью, потом, за счет роста ногтей и волос, со слущиванием эндотелием желудочно-кишечного тракта, при менструациях, лактации. Поэтому у женщин в период месячных поглощение железа из пищи возрастает в 2-2,5 раза.

Источником железа пищи является главным образом гемоглобин и миоглобин мяса. Из суточного рациона, составляющего в среднем 10-20 мг железа, обычно усваивается лишь около 1-2 мг. Всасывание, как гема, так и свободного железа, происходит в тонком кишечнике (главным образом в двенадцатиперстной кишке) путем связывания со свободным железом специфического белка апотрансферрина, который синтезируясь в печени, поступает в желчь, а с ней в двенадцатиперстную кишку. В результате образуется соединение – именуемое трансферрином. К трансферрину имеются специфические рецепторы на мембране энтероцитов, которые путем пиноцитоза поглощают это соединение, выделяющееся затем в межклеточную жидкость и кровеносные капилляры. Некоторая часть железа в виде цитоплазматического ферритина остается в энтероцитах. Трансферрин плазмы поступает главным образом в макрофаги печени и других органов. Здесь же находится и ферритин, поступивший после гемолиза эритроцитов, что составляет пул резервного железа. Молекула ферритина может содержать различное количество железа.

В организме взрослого человека содержится примерно 4 грамма железа, больше половины которого связано с гемоглобином циркулирующих эритроцитов. 25 мг железа ежедневно освобождается при катаболизме гема и поступает в основном в макрофаги печени. При разрушении эритроцитов, что чаще происходит в ретикулоэндотелиальной системе, а как правило, в селезенке гемоглобин сразу же фагоцитируется макрофагами, откуда его продукты, в том числе и освобожденное железо, поступают в печень. В печени, клетки которой и сами могут фагоцитировать гемоглобин, железо хранится в купферовских клетках в связанном состоянии с белком апоферритином, фомируя ферритин. Эта часть железа обозначается резервным железом. Если железа больше, чем может связать апоферритин, то такая нерастворимая часть железа хранится в виде гемосидерина. Гемосидерин накапливается в клетках в виде больших скоплений, которые легко различимы под микроскопом.

Всасывание железа пищи, а это несколько мг в сутки, которые должны покрывать суточное выведение его - примерно чуть более 0,6 мг ежедневно у мужчин и 1,3 мг у женщин (более высокие потери железа обусловлены менструальными кровотечениями), происходит во всех отделах тонкого кишечника. Основой такого всасывания является секреция печени с желчью в кишечник небольшого количества апоферритина. Этот белок связывает в кишечнике свободное железо, а так же железо гемоглобина и миоглобина мяса, образуя трансферрин, кторый связывается с рецепторами мембран эпителия кишечника. Путем пиноцитоза трансферрин поступает внутрь клетки и через кровеносные капилляры поступает в общий кровоток, пополняя уровень транспортного железа плазмы. При повышенном уровне эритропоэза всасывание железа может возрастать примерно в 5 раз по сравнению с нормой, а так как кроветворение после массивной кровопотери может возрастать в большей пропорции, то начинает активно использоваться резервное железо печени и костного мозга.

Механизмы регуляции обмена железа в организма. Центральным регуляторов всех этих процессов является синтезируемый гепатоцитами гормон гепсидин, который считается системным регулятором гомеостаза железа в организме. Этот небольшой протеин, состоящий из 25 аминокислот, как в печеночных клетках, так и после выхода в кровеносное русло в других макрофагальных клетках, при увеличении уровня железа тормозит как выход в кровоток ферропортина (путем его частичной деградации), так и процессы всасывания железа энтероцитами. Участвует он так же и в усвоении трансферрина эритробластами костного мозга, блокируя и этот механизм. Таким образом, основное влияние гепсидина заключается в регуляции проницаемости мембран для ферропортина.

В свою очередь синтез гепсидина стимулируется факторами, связанными с воспалением, и другими биологически активными субстанциями, такими как IL-6, HH – мутации последнего приводят к возникновению синдрома перегрузки железом (см. ниже), а к разрушению гормона в печени имеет отношение фермент, именуемый метриптаза 2. Но в настоящее время отсутствуют точные данные о конкретных механизмах, приводящих к стимуляции мобилизации железа при активации синтеза гемоглобина – основного потребителя этого микроэлемента, что, вероятно, происходит через угнетение синтеза гепсидина.

Между уровнем гепсидина и ферропортина имеется отрицательная корреляционная связь. Поэтому излишек образования гепсидина сопровождается возникновением дефицита железа и развитием гипохромных анемических состояний при воспалении, хронических заболеваний почек и печени. Напротив, при нарушении образования гепсидина может развиваться синдром перегрузки железом, когда возрастает интенсивность всасывания железа, а в структурах макрофагальной системы накапливается большое количество железа. Одним из проявлений такой перегрузки является инициация свободнорадикального окисления и образования гидроперекисей липидов. Синдром перегрузки организма железом наблюдается как при наследственном гемохроматозе, обусловленном мутацией HFE-гена (первичный синдром перегрузки железом), так и при разнообразных приобретенных (вторичном синдроме перегрузки железом) заболеваниях: гепатитах, хронических гемолитических анемиях, талассемии, сидеробластической анемии и т. п. Гепсидиновая дезрегуляция наблюдается при воспалениях, аутоиммунных и онкологических процессах, что и служит одной из основных причин развития при этих состояниях железодифицитной гипохромной анемии.